Самый доступный и эффективный способ использовать самый чистый и самый распространенный возобновляемый источник энергии в мире - на один шаг ближе к реальности.
Физик из Университета Толедо, подняв производительность солнечных элементов до невиданного ранее уровня, совершил значительный прорыв в химической формуле и процессе создания нового материала.
Работая в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии Министерства энергетики США и Университетом Колорадо, доктор Янфа Ян, профессор физики UToledo, предполагает, что сверхвысокоэффективный материал, называемый тандемным перовскитовым солнечным элементом, будет готов. дебютировать в полноразмерных солнечных панелях на потребительском рынке в ближайшем будущем.
Перовскиты, составные материалы с особой кристаллической структурой, сформированной химическим путем, заменят кремний, который на данный момент остается предпочтительным материалом для солнечных элементов для преобразования солнечного света в электрическую энергию.
«Мы производим более эффективные и недорогие солнечные элементы, которые обещают помочь решить мировой энергетический кризис», - сказал Ян. «Эта осмысленная работа поможет защитить нашу планету для наших детей и будущих поколений. Сейчас у нас есть проблема с потреблением большей части ископаемой энергии, и наша совместная команда сосредоточена на усовершенствовании нашего инновационного способа наведения порядка».
Новая исследовательская работа, опубликованная в журнале Science, рассказывает о том, как команда специалистов по фотогальванике настраивает смесь свинца и олова, чтобы приблизить технологию к ее максимальной эффективности. Усилия в настоящее время довели эффективность нового солнечного элемента примерно до 23 процентов. Для сравнения, кремниевые солнечные панели, представленные сегодня на рынке, имеют рейтинг эффективности около 18 процентов.
Ученые использовали химическое соединение под названием тиоцианат гуанидиния, чтобы значительно улучшить структурные и оптоэлектронные свойства перовскитных пленок из смеси свинца и олова.
Наука является ведущим академическим журналом в мире, наряду с журналом Nature, который опубликовал другое исследование доктора Яна всего пять месяцев назад после того, как он обнаружил единственный материал, излучающий белый свет, который может повысить эффективность и привлекательность Светодиодные лампы», - сказал доктор Санджай Кхаре, профессор и заведующий кафедрой физики и астрономии UToledo. «Его важная работа по устойчивому развитию в Университете Толедо может помочь миру снабжать энергией чистую энергию».
Около пяти лет назад команда Яна в UToledo определила идеальные свойства перовскитов, и с тех пор он сосредоточил свой 20-летний опыт на производстве полностью перовскитного тандемного солнечного элемента, который объединяет два разных солнечных элемента для увеличения общей электрической мощности. мощность, вырабатываемая при использовании двух разных частей солнечного спектра.
В прошлом месяце Министерство энергетики США предоставило Яну грант в размере 1,1 миллиона долларов на продолжение его исследований в сотрудничестве с Национальной лабораторией возобновляемых источников энергии.
«Это материал, которого мы ждали долгое время», - сказал Ян. «Солнечная промышленность наблюдает и ждет. Некоторые уже начали инвестировать в эту технологию».
Ян является экспертом в области теории физики дефектов и электронных свойств полупроводников, синтеза материалов и производства тонкопленочных солнечных элементов.
«Наши исследования UToledo продолжаются, чтобы сделать более дешевые и эффективные солнечные элементы, которые могли бы конкурировать и даже превзойти преобладающие кремниевые фотоэлектрические технологии», - сказал д-р Чжаонин Сонг, доцент кафедры физики и астрономии UToledo и соавтор исследования. «Наши тандемные солнечные элементы с двумя слоями перовскитов обеспечивают высокую эффективность преобразования энергии и могут снизить затраты на производство солнечных панелей, что является важным достижением в фотоэлектрической энергетике."
Несмотря на то, что команда Яна улучшила качество материалов и процесс их производства по низкой цене, необходимо добиться большего прогресса.
«Стоимость материала низкая, а стоимость изготовления низкая, но срок службы материала до сих пор неизвестен», - сказал Сонг. «Нам необходимо продолжать повышать эффективность и стабильность».
«Кроме того, свинец считается токсичным веществом», - сказал Ян. «Я полон решимости работать с солнечной промышленностью, чтобы солнечные панели, изготовленные из этого материала, можно было перерабатывать, чтобы они не наносили вреда окружающей среде».